DE19708512C2 - Phasenschiebemaske und Verfahren zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Phasenschiebemaske sowie ein Verfahren zur de­ ren Herstellung.

In jüngster Zeit sind Photomasken mit feiner Linienbreite erforderlich, da die Integration von Halbleitereinrichtungen ansteigt und die Packungsdichte hö­ her wird. Ferner wurden spezielle, umwandelnde Herstellungstechniken ver­ öffentlicht.

Die Photolithographie ist im allgemeinen eine Technik, bei der Licht mit ei­ ner Wellenlänge wie ultraviolette Strahlen durch eine Photomaske zu der Oberfläche eines Photoresists übertragen wird, der auf ein Halbleitersubstrat aufgetragen ist, um dadurch ein Bildmuster zu bilden.

Eine allgemeine Photomaske ist zusammengesetzt aus einem undurchlässigen Muster und einem durchlässigen Muster, das zu einer selektiven Belichtung führt. Infolge der ansteigenden Musterdichte treten jedoch Beugungserschei­ nungen auf, wodurch die Auflösungsverbesserung begrenzt wird.

Dementsprechend wurden Prozesse, die eine Phasenschiebemaske zur Verbes­ serung der Auflösung benutzen, in verschiedenen Bereichen untersucht.

Die Phasenschiebemaske ändert die Phase des durch eine Phasenschiebe­ schicht gehenden Lichts um 180° und bewirkt dabei eine Offset-Interferenz mit dem Licht, das durch eine allgemein durchlässige Schicht geht.

Verglichen mit einer gewöhnlichen Maske ist sie daher eine Maske, die das Auflösungsvermögen und die Tiefenschärfe verbessern kann.

Als Phasenschiebemasken gibt es eine alternierende Phasenschiebemaske, ei­ ne abschwächende oder dämpfende Phasenschiebemaske, eine Phasenschie­ bemaske vom RIM-Typ, eine Phasenschiebemaske vom sogenannten Out- Rigger-Typ usw.

Im folgenden werden herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Phasen­ schiebemaske mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben.

Fig. 1a bis 1e sind Querschnitte zur Veranschaulichung eines ersten her­ kömmlichen Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschiebemaske.

Wie in Fig. 1a gezeigt, wird Chrom 2, das ein Metall zum Abschatten von Licht ist, auf ein transparentes Substrat 1 abgeschieden und selektiv entfernt, wodurch Chrommuster 2 gebildet werden. Wie in Fig. 1b gezeigt, wird ein photoempfindlicher Film 3 auf die gesamte Oberfläche des transparenten Substrats 1 und die Chrommuster 2 aufgetragen und selektiv entfernt, wo­ durch Schiebermuster gebildet werden. Dabei sollten die Schiebermuster mit den Chrommustern ausgerichtet sein.

Wie in Fig. 1c gezeigt, wird das transparente Substrat 1 unter Benutzung des gemusterten Chrom 2 und des photoempfindlichen Films 3 als Maske bis zu einer vorbestimmten Tiefe geätzt. Dabei wird das erste Ätzen des transparen­ ten Substrats 1 mittels reaktivem Ionenätzen (RIE) durchgeführt.

Wie in Fig. 1d gezeigt, wird das geätzte transparente Substrat 1 unter Benut­ zung des gemusterten Chroms 2 und des photoempfindlichen Films 3 als Maske ein zweites Mal geätzt. Das zweite Ätzen wird hierbei durch ein isotropes Ätzen unter Benutzung eines Naßätzmittels wie NaOH durchgeführt.

Wie in Fig. 1e gezeigt, wird der verbliebene photoempfindliche Film 3 ent­ fernt, um eine Phasenschiebemaske fertigzustellen.

Fig. 2a bis 2d zeigen Querschnitte zur Darstellung eines zweiten herkömmli­ chen Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschiebemaske.

Wie in Fig. 2a gezeigt, werden eine Phasenschiebeschicht 11 und eine Lichtabschirmschicht 12 nacheinander auf einem transparenten Substrat 10 abgeschieden. Wie in Fig. 2b gezeigt, wird die Lichtabschirmschicht 12 durch Photolithographie und Ätzen selektiv entfernt, um die Phasenschiebeschicht 11 freizulegen. Wie in Fig. 2c gezeigt, wird ein photoempfindlicher Film 13 auf die gesamte Oberfläche der Phasenschiebeschicht 11 und der Lichtab­ schirmschicht 12 aufgetragen und selektiv entfernt, um dadurch Schiebermu­ ster zu bilden. Dabei sollten die Schiebermuster mit den Chrommustern aus­ gerichtet sein.

Wie in Fig. 2d gezeigt, wird die freigelegte Phasenschiebeschicht 11 unter Benutzung der Lichtabschirmschicht 12 und des photoempfindlichen Films 13 als Maske geätzt. Dann wird der verbliebene photoempfindliche Film 13 ent­ fernt, um eine Phasenschiebemaske fertigzustellen.

Bei dem ersten herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Phasenschie­ bemaske gibt es die folgenden Probleme. Zunächst werden, wenn das transpa­ rente Substrat unter dem Chrom geätzt wird, Trockenätzen und Naßätzen miteinander gemischt, was zu einem komplizierten Prozeß führt. Außerdem darf zwischen dem Licht, das durch die Schieberbereiche geht, und dem Licht, das durch das transparente Substrat ausgenommen den Schieberberei­ chen geht, nur eine Phasendifferenz von 180° bestehen, bei gleicher Lichtin­ tensität. Jedoch treten Probleme mit der Phasengleichförmigkeit auf, wenn das transparente Substrat naßgeätzt wird. Die Phasenabweichung wird somit groß, und das Auflösungsvermögen wird tatsächlich verringert.

Bei dem zweiten herkömmlichen Verfahren zur Herstellung einer Phasen­ schiebemaske gibt es die folgenden Probleme. Zunächst werden die Phasen­ schiebeschicht und die Lichtabschirmschicht voneinander gelöst oder vonein­ ander abgezogen wegen der geringen Haft- oder Klebekraft, wenn das Naßät­ zen ausgeführt wird. D. h., Risse oder Sprünge können an der Oberfläche der Phasenschiebeschicht erzeugt werden. Daneben kann, wenn die Phasenschie­ beschicht naßgeätzt wird, das Substrat wegen der Ätzselektivität zwischen der Phasenschiebeschicht und dem Substrat geätzt werden. Hierbei kann eine Rauhigkeit der geätzten Substratoberfläche eine Folge sein. Außerdem kön­ nen die Kanten der auf der geätzten Phasenschiebeschicht liegenden Lichtab­ schirmschicht leicht beschädigt werden.

Die JP 07-219205 A beschreibt eine Phasenschiebemaske und ihre Herstel­ lung, bei der auf einem Substrat zunächst eine Si₃N₄-Schicht aufgebracht wird, auf der dann eine SOG-Schicht als Phasenschiebeschicht ausgebildet wird. Auf der SOG-Schicht wird einen weitere Si₃N₄-Schicht und anschlie­ ßend eine Lichtabschirmschicht abgeschieden.

Zur Ausbildung des Maskenmusters wird dann ein Resist aufgebracht und so strukturiert, daß es Maskenbereiche, Teilmaskenbereiche und freigelegte Bereiche aufweist. Somit läßt sich mit einem ersten Ätzschritt gleichzeitig die Lichtabschirmschicht, die Si₃N₄-Schicht und die SOG-Schicht in einem Bereich ätzen, während in einem anderen Bereich nur die Lichtabschirm­ schicht entfernt wird. In einem zweiten Ätzschritt wird dann die als Phasen­ schiebeschicht dienende SOG-Schicht bis zur ersten Si₃N₄-Schicht wegge­ ätzt, um einen Öffnungsbereich in der Phasenschiebeschicht zu erhalten. Dabei dient die weitere Si₃N₄-Schicht ebenfalls als Ätzstoppschicht.

Tritt bei dieser bekannten Phaseschiebemaske im Bereich einer Öffnung an den Kanten die unvermeidliche Beugung auf, so wird das gebeugte Licht in unerwünschter Weise in die Phasenschiebeschicht hineingebeugt, wodurch die gewünschten Eigenschaften der Phasenschiebemaske nachteilig beein­ flußt werden, da dem gebeugten Licht eine unerwünschte Phasenverschie­ bung aufgeprägt wird.

Die JP-03-191347 A beschreibt eine weitere Phasenschiebemaske, bei der Lichtabschirmbereiche auf einem Substrat vorgesehen sind und so mit einer Phasenschiebeschicht überdeckt werden, daß an den Rändern der Lichtab­ schirmbereiche Phasenschiebebereiche ausgebildet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere Phasenschiebemaske, die insbesondere eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine verbesserte Licht­ durchlässigkeit aufweist, sowie ein Verfahren zum Herstellung derselben be­ reitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Phasenschiebemaske nach Anspruch 1 sowie das Verfahren nach Anspruch 11 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a bis 1e Querschnitte zur Veranschaulichung eines ersten herkömmli­ chen Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschiebemaske,

Fig. 2a bis 2d Querschnitte zur Veranschaulichung eines zweiten herkömm­ lichen Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschiebemaske,

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Phasenschiebe­ maske entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 4a bis 4e Querschnitte zur Veranschaulichung eines erfindungsgemä­ ßen Verfahrens zur Herstellung einer Phasenschiebemaske entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung.

Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine erfindungsgemäße Phasenschiebemaske zu­ sammengesetzt aus einer auf einem durchsichtigen Substrat 20 ausgebildeten Substratschutzschicht 21, einer auf der Substratschutzschicht 21 ausgebilde­ ten Phasenschiebeschicht 22, die einen offenen Bereich aufweist, zwei Klebe- oder Haftvermittelungsschichten 23, die auf der Phasenschiebeschicht 22 aus­ gebildet sind und sich über beide Kantenabschnitte des offenen Bereichs er­ strecken, und zwei Lichtabschirmschichten 24, die auf den Haftvermitte­ lungsschichten 23 ausgebildet sind.

Die Substratschutzschicht 21 besteht dabei entweder aus SnO₂ oder SiN, also aus transparenten Materialien mit einer Ätzresistenz gegenüber dem Ätzmittel für SOG (Spin-on-Glas). Die Phasenschiebeschicht 22 besteht ferner aus Oxid. SOG oder DLC (Diamond like carbon; diamantartiger Kohlenstoff). Diese Materialien haben ein geringes Lichtabsorbtionsvermögen und ermögli­ chen eine Niedertemperaturabscheidung. Die Phasenschiebeschicht 22 ist so ausgebildet, daß ihre Dicke D die folgende Gleichung D = λ/2.(n - 1) erfüllt. Dabei bedeutet λ die Belichtungswellenlänge und n bedeutet den Brechungs­ index der Phasenschiebeschicht.

Die Haftvermittlungsschicht 23 besteht aus SiN, TiN oder TiW, also aus Ma­ terialien, deren Ätzraten verschieden sind von der der Phasenschiebeschicht 22. Die Lichtabschirmschicht besteht aus Chrom. Die Lichtabschirmschicht 24 und die Haftvermittlungsschicht 23 sind so ausgebildet, daß sie miteinan­ der ausgerichtet sind.

Die Phasenschiebeschicht 22 wird durch isotropes Ätzen entfernt. Der isotro­ pe Ätzbetrag der Phasenschiebeschicht 22 wird geätzt bis unter die Hälfte der Breite der Lichtabschirmschicht 24 und der Haftvermittelungsschicht 23.

Wie in Fig. 4a gezeigt, werden eine Substratschutzschicht 21, eine Phasen­ schiebeschicht 22, eine Haftvermittelungsschicht 23 und eine Lichtabschirm­ schicht 24 nacheinander auf einem transparenten Substrat 20 wie Quarz oder Glas ausgebildet.

Hierbei besteht die Substratschutzschicht 21 entweder SnO₂ oder SiN. Diese Materialien sind transparent und weisen eine Ätzresistenz gegen das Ätzmit­ tel für SOG auf. Ferner besteht die Phasenschiebeschicht 22 aus Oxid, SOG oder DLC. Diese Materialien haben ein geringes Lichtabsorbtionsvermögen und können bei niedrigen Temperaturen abgeschieden werden. Die Phasen­ schiebeschicht 22 ist so ausgebildet, daß ihre Dicke die Gleichung D = λ/2.(n - 1) erfüllt. Dabei bedeutet λ die Belichtungswellenlänge und n den Brechungsindex der Phasenschiebeschicht. Die Haftvermittlungsschicht 23 besteht aus SiN, TiN oder TiW. Diese Materialien haben Ätzraten, die ver­ schieden von der der Phasenschiebeschicht 22 sind. Dabei wird das SiN- Material durch ein plasmaverstärktes chemisches Dampfabscheideverfahren (PECVD; plasma enhanced chemical vapor deposition) gebildet und das TiN- oder TiW-Material wird durch ein Zerstäubungsverfahren (Sputtering- Verfahren) gebildet. Die Lichtabschirmschicht besteht aus Chrom.

Wie in Fig. 4b gezeigt, werden die Lichtabschirmschicht 24 und die Haft­ vermittlungsschicht 23 durch Photolithographie und Ätzen selektiv entfernt, um die Phasenschiebeschicht 22 freizulegen. Dabei werden die Lichtab­ schirmschicht 24 und die Haftvermittlungsschicht 23 so entfernt, daß sie miteinander ausgerichtet sind.

Wie in Fig. 4c gezeigt, wird ein photoempfindlicher Film 25 auf die gesamte Oberfläche des Substrats 20 einschließlich der Lichtabschirmschicht 24 auf­ getragen und gemustert, um so einen Schieberbereich freizulegen.

Wie in Fig. 4d gezeigt, wird die Phasenschiebeschicht 22 unter Benutzung des gemusterten photoempfindlichen Films 25 und der Lichtabschirmschicht 24 als Maske selektiv entfernt. Die Phasenschiebeschicht wird dabei durch isotropes Ätzen entfernt. Der isotrope Ätzbetrag der Phasenschiebeschicht 22 wird geätzt bis unter die halbe Breite der Lichtabschirmschicht 24 und der Haftvermittelungsschicht 23.

Die Dicke der Phaseschiebeschicht 22 kann z. B. etwa 365 nm sein, wenn die Phasenschiebeschicht 22 aus einem organischem Oxid besteht. Dabei wird, wenn die Mustergröße der Lichtabschirmschicht 24 etwa 1,0 µm ist, die Pha­ senschiebeschicht 22 entsprechend ihrer Ätzzeit bis zu einer Weite von etwa 500 nm geätzt.

Wie in Fig. 4e gezeigt, wird der verbliebene photoempfindliche Film 25 ent­ fernt, um die Phasenschiebemaske fertigzustellen.

Die Struktur und das Herstellungsverfahren für die Phasenschiebemaske nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist die folgen­ den Vorteile und Wirkungen auf.

Die Phasenschiebeschicht wird isotrop geätzt, so daß Beugungs- und Disper­ sionserscheinungen, die an der Fläche zwischen der Phasenschiebeschicht und dem Substrat verursacht werden, verhindert werden können. Beim Ätzen der Phasenschiebeschicht wird die Lichtabschirmschicht durch die Haftvermitte­ lungsschicht geschützt. Da die Haftvermittelungsschicht zwischen der Pha­ senschiebeschicht und der Lichtabschirmschicht ausgebildet ist, ist die Klebe- oder Adhäsionskraft vergrößert, um die Zuverlässigkeit der Phaseschiebe­ maske deutlich zu verbessern.

Die Substratschutzschicht, die eine Ätzresistenz gegen das Ätzmittel für die Phasenschiebeschicht aufweist, ist zwischen der Phasenschiebeschicht und dem Substrat gebildet. Somit ist die Oberfläche des Substrats beim Ätzen der Phasenschiebeschicht geschützt, so daß die Durchlässigkeit für Licht verbes­ sert wird.

Die Haftvermittelungsschicht trägt die Lichtabschirmschicht, die über Berei­ che vorsteht, wo die Phasenschiebeschicht geätzt ist. Dadurch wird die Kante der Lichtabschirmschicht vor Beschädigungen geschützt.

Claims (15)

1. Phasenschiebemaske mit
einem durchlässigen Substrat (20);
einer auf dem Substrat (20) ausgebildeten Phasenschiebeschicht (22), die zumindest einen offenen Bereich aufweist, sowie
einer Haftvermittelungsschicht (23) und einer Lichtabschirmschicht (24), die in dieser Reihenfolge auf der Phasenschiebeschicht (22) ausgebil­ det und gemeinsam gemustert sind, so daß sie miteinander ausgerichtet sind;
wobei sich die Haftvermittelungsschicht (23) und die Lichtabschirm­ schicht (24) gemeinsam über die Kantenbereiche des offenen Bereichs der Phasenschiebeschicht (22) erstrecken.

2. Phasenschiebemaske nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Substrat (20) unter der Phasenschiebeschicht (22) eine Substrat­ schutzschicht (21) ausgebildet ist.

3. Phasenschiebemaske nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschutzschicht (21) aus einem transparenten Material besteht und eine Ätzresistenz gegen Ätzmittel für SOG (Spin-on-Glas) aufweist.

4. Phasenschiebemaske nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschutzschicht (21) entweder aus SnO₂ oder SiN gebildet ist.

5. Phasenschiebemaske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenschiebeschicht (22) aus Oxid, Spin-on-Glas (SOG) oder diamantförmigen Kohlenstoff (DLC) besteht.

6. Phasenschiebemaske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittelungsschicht (23) aus einem Material besteht, dessen Ätzrate von der der Phasenschiebeschicht (22) verschieden ist.

7. Phasenschiebemaske nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material, dessen Ätzrate von der der Phasenschiebeschicht abweicht, SiN, TiN oder TiW ist.

8. Phasenschiebemaske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durchlässige Substrat (20) aus Quarz oder Glas besteht.

9. Phasenschiebemaske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke D der Phasenschiebeschicht (22) so ausgebil­ det ist, dass sie der Gleichung D = λ/b.(n - 1) genügt, wobei λ die Belichtungs­ wellenlänge und n den Brechungsindex der Phasenschiebeschicht (22) bedeu­ ten.

10. Phasenschiebemaske nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabschirmschicht (24) aus Chrom besteht.

11. Verfahren zum Herstellen einer Phasenschiebemaske mit folgenden Schritten:

• - sequentielles Ausbilden einer Substratschutzschicht (21), einer Phasen­ schiebeschicht (22), einer Haftvermittelungsschicht (23) und einer Lichtab­ schirmschicht (24) auf einem durchlässigen Substrat (20),
• - gemeinsames Mustern der Lichtabschirmschicht (24) und der Haftver­ mittelungsschicht (23), um eine Vielzahl von Muster zu bilden, die voneinan­ der beabstandet sind, und
• - Mustern der Phasenschiebeschicht (22), um eine Vielzahl von Phasen­ schiebeschichtmustern zu bilden, über deren Kantenbereiche sich die Haft­ vermittelungsschicht (23) und die Lichtabschirmschicht (24) gemeinsam hi­ naus erstrecken.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasen­ schiebeschichtmuster durch isotropes Ätzen gebildet sind.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der isotrope Ätzbetrag der Phasenschiebeschicht (22) bis unter die Hälfte der Breite der Lichtabschirmschicht (24) geätzt ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeich­ net, dass die Haftvermittelungsschicht (23) aus SiN, TiN oder TiW besteht.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das SiN- Material durch ein plasmaverstärktes chemisches Dampfabscheidungsverfah­ ren (PECVD) gebildet ist, und dass das TiN- oder TiW-Material durch ein Zer­ stäubungs- oder Sputterverfahren gebildet ist.